生物が進化により獲得した特性は、その環境下において最適解である事が多く、人類はそこから多くの学びを得て、技術の発展に活用してきた。身近なところではマジックテープや注射針、ヨーグルトの蓋、トンボの目や鳥の羽など、枚挙に暇がない。

そして今回、ヒマワリの種子の分布にヒントを得た研究グループが、”日射量の少ない国で”太陽エネルギーの利用を最大化するための新しい都市パターンを突き止めた事を発表した。

「私たちの新しい都市計画は、ひまわりの種子の分布によく似ています。この分布によって、太陽エネルギーの最良の利用が保証されます」と、シャルジャ大学の持続可能・再生可能エネルギー工学准教授、Ammar A. T. Alkhalidi博士は述べている。

イラク、ヨルダン、アラブ首長国連邦の学者が参加したこの研究では、「日射量が少なく、影の長さが長い場所で発生する建物表面（屋上とファサード）の最大利用可能日照面積」を調査している。これは、さまざまな都市計画パターンにおける住宅地の方位と分布を調査することによって行われた。

「調査目的のために、最も一般的な都市計画パターンであるグリッドパターンと放射状パターンに加え、新たに提案された、母なる自然を模倣した新しいひまわり都市計画パターンに従って都市モデルを計画した」と著者らは書いている。

研究の中心には、建物の正面や屋上への太陽光の照射を最大化するよう綿密に設計されたひまわり都市パターンがある。

研究チームは、世界のさまざまな都市を選び、ひまわり都市パターンの太陽エネルギー・シミュレーションを行った。また、「日射量が少なく影の長さが長い都市」の例としてワルシャワが選ばれ、新たな都市計画パターンの効果が計測された。

Alkhalidi博士によれば、既存の都市設計は主に2つの主要な建築パターンに基づいている。1つは、8世紀に建設されたバグダッドのようなイスラムの主要都市に見られるように、都市を円形の道路で囲む放射状パターン。もう一つはバルセロナなどのヨーロッパの都市計画で良く見られる、道路が互いに直角に走る居住区のグリッドパターンだ。

彼らの提案する「ひまわり都市パターン」モデルは、階段を戦略的に配置することで、屋上の陰影を最小限に抑え、設置されたソーラーパネルの効果を高めるように設計されている。結果として利用可能な日当たりの良い屋上面積で4％、利用可能な日当たりの良いファサード面積で12％の割合で、グリッドパターンや放射状パターンを上回ることを発見した。

また、このモデルの利点は単なるエネルギー効率にとどまらない。ひまわり都市のデザインは、プライバシーとスペースの効率的利用という、都市における2つの喫緊の課題にも取り組んでいる。自然界の知恵を反映したこのレイアウトは、個人のプライバシーを確保しながらコミュニティを育む方法で住宅地を調和させ、同時に太陽光発電の可能性を増幅させる。

ひまわりパターンの日照面積は、様々な太陽光発電の用途に使用できる日陰のない屋上面積によって計算される。

「シミュレーションから得られた主な結果を検討した結果、本研究の主な目的である、建物表面の日照可能面積を計算するための選択基準は、気候帯に基づくのではなく、影の長さに基づく必要があることがわかった」と著者らは書いている。

著者らは、「結果がいかなる要因にも影響されないように、建物の形状は変えていない。この研究の主要なパラメータである建物の方位と区画の分布だけが変更された」としており、提案する新都市の建設に「シンプルなパラメータと特性」と呼ぶものを採用し、3つの異なるひまわりのデザインパターンを提供している。

Alkhalidi博士と彼のチームが行った研究は、気候変動とエネルギー不足に直面する中で、都市のレイアウトを再考することの重要性を強調している。ひまわり型のような自然から着想を得たパターンを採用することで、都市は太陽エネルギー容量を最適化することができ、化石燃料への依存度が著しく低下し、それに伴って温室効果ガス排出量も減少する。このモデルは、地球の健康とそこに住む人々の幸福の両方に配慮した持続可能な都市計画ソリューションの探求における革新の道標としての役割を果たす。

論文

• Renewable Energy Focus: Sunflower inspired urban city pattern to improve solar energy utilization in low solar radiation countries

参考文献

• TechXplorer: Scientists design ‘sunflower’ city to boost solar energy in countries with relatively low levels of sunlight

研究の要旨

都市は、人々の生活必需品を満たすために膨大なエネルギーを消費している。既存の都市パターンのほとんどは、計画時にパッシブ・エネルギー・ソリューションを考慮していない。本研究では、日射量が少なく、影の長さが長い場所で発生する建物の表面（屋上とファサード）の最大利用可能日照面積を調査する。これは、異なる都市パニングパターンにおける住宅区画の方位と分布を調査することによって行われた。調査目的のために、最も一般的な都市計画パターンであるグリッドパターンと放射状パターンに加え、新たに提案された母なる自然を模倣した斬新なひまわり都市計画パターンに従って都市モデルを計画した。ヒマワリパターンの交互配置により、このパターン内のすべての建物に均等に太陽が届くようになっている。日射量が少なく影の長さが長い都市の例としてワルシャワが選ばれた。その結果、提案されたひまわりパターンは、利用可能な日照量の屋上面積で4％、利用可能な日照量のファサード面積で12％の割合で、グリッドパターンや放射状パターンを上回った。